三维集成封装的电热特性研究及优化设计

在技术发展、社会需要以及经济增长的驱动下,“延续摩尔”和“超越摩尔”成为了目前集成电路发展的两大趋势,在这种情况下,三维集成封装技术受到了广泛的认可。目前,三维集成封装技术在多方面都取得了突破性的进展,然而仍然存在由于内部复杂电磁环境导致的电可靠性问题,以及由于堆叠芯片增大了功率密度导致的热可靠性问题,针对这些问题,本文着重于三维集成封装的电热特性以及优化设计方面的创新研究,并取得了如下成果:1)研究了三维集成封装多端口互连的电特性与优化设计。我们首先提出了新型共面波导串扰屏蔽结构,分析其电特性并据此进行了优化设计,然后对结果进行了实验验证;接下来针对基于“地缺陷结构”的共模噪声滤波器,分析了各尺寸参数对于其电特性的影响并提出了应用机器学习进行优化的方法。2)显著的提高了应用去嵌入方法测量三维集成封装多端口硅通孔(TSV)高频电特性的测量精度。我们首先分析了传统去嵌入测量结构与算法,得到将其应用于多端口高频电特性测量的两个补充条件,并通过修正测量结构与加入屏蔽TSV满足了这两个条件,进而提高了测量精度,其中插入损耗的最大相对误差从33.52%降低至4.67%,最后通过实验进行了验证。3)使用解析法研究了三维集封装TSV的横向热特性,包括TSV作为热源的稳态热特性以及TSV作为导热材料的瞬态热特性,并分别通过数值仿真对推导结果进行了验证。4)提出了基于流体制冷和机器学习的三维集成封装动态热管理方案。我们首先讨论了集成流体热槽的三维集成封装的建模仿真方法,然后提出了基于机器学习的优化控制方法并讨论了算法的计算复杂度,最后通过仿真模拟热管理系统工作,验证了该动态热管理方案的有效性。